低溫下成長氧化鋅奈米片狀結構之光檢測器探討

The Study of Zinc Oxide Nano-Sheet Photodetector by Low Temperature Solution Growth Method

劉宜鑫(Yi-Hsing Liu)

指導教授 ： 楊勝州

國立虎尾科技大學/電機資訊學院/電子工程系碩士班/碩士(2013年)

摘要

本論文主要研究方向可分為兩部分。第一部分簡述如何製備氧化鋅奈米片結構與他的成長機制。第二部分簡述製備氧化鋅奈米片之光檢測器與不同濕度下對光檢測器之影響。以上研究方向略述於下：
第一部分：氧化鋅奈米片之合成研究
一個新穎的氧化鋅奈米片狀結構，使用硝酸鋅與氫氧化鈉作為反應物，以低溫水溶液法,在玻璃基板上成長垂直二維氧化鋅奈米片狀結構，利用改變氫氧化鈉來控制成長溶液中的酸鹼值，來探討在不同的酸鹼值中所製備出不同種的氧化鋅奈米結構，以及探討在不同的成長時間下，對氧化鋅奈米片的影響。由XRD、SEM與TEM分析結果得生成氧化鋅奈米片厚度約為20 nm，高度約為2.2 μm，且奈米片為單晶Wurzite結構，並無ZnOH的分離相出現。由Raman分析結果顯示位於439 cm-1有很強的峰值，以及在位置578 cm-1有弱的峰值發現，通常這兩峰值可探討對氧化鋅奈米結構的品質與缺陷。
第二部分：氧化鋅奈米片之光檢測器之研究
一個新穎的氧化鋅奈米片光檢測器與濕度感測器，利用大的表面體積比與奈米等級的厚度的優點，將二維氧化鋅奈米片組裝成元件。利用波長為365 nm之紫外光偏壓1 V進行測試，測得在照光下所量測出的光暗電流比121，同時在照光下的反應速度與非照光下的飽和時間常數分別τR=3.3 s和6.33 s。光響應量測中氧化鋅奈米片光檢測器截止波長位於370 nm，當偏壓1 V下，測得紫外可見光拒斥比為42。
在不同濕度對光檢測器中探討水分子吸附於氧化鋅奈米結構的表面對光電流的影響，不同的濕度環境下，其暗電流會因濕度的上升而暗電流有所增加，當感測器照射於紫外光下，光電流會因濕度的增加而下降，其因有較大的表面體積比，使在不同的濕度環境下能保有一定的飽和速度及回復速度。

關鍵字

氧化鋅 ； 奈米片 ； 水溶液法 ； 光檢測器 ； 不同濕度下之光檢測器

並列摘要

This study presents the fabrication of ZnO nanosheets on a glass substrate using a room-temperature (approximately 25oC) solution method. The average length and diameter of the ZnO nanosheets were 2.2 μm and approximately 20 nm, respectively. The ultraviolet (UV)-to-visible rejection ratio of the sample is approximately 42 when biased at 1 V, and the fabricated UV photodetector is visible-blind with a sharp cut-off at 370 nm. The transient time constants measured during the rise time and fall time were 3.32 s and 6.33 s, respectively.
UV photoresponse of ZnO nanosheets is measured in air under different humidity conditions to study the competitive surface effects of oxygen and water vapor. During UV illumination, it was found that the current decreases gradually under high humidity, whereas the current increases under low humidity. In the recovery phase, a change of two to three orders of magnitude in the decay time is observed by varying the humidity.

並列關鍵字

ZnO ； nanosheet ； photodetector ； varying the humidity of photodetector

參考文獻

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